本发明涉及螺纹连接结构领域，特别涉及一种渐变间距的环形牙螺母连接结构及其设计方法。
背景技术：
1、预应力机架在压力机、轧机、矫直机及挤压机等塑性成型装备，压铸机、注塑机等机床装备中有广泛应用，拉杆是机架中的主要受力件，两端与螺母通过螺纹/等距环形牙连接。在实际工程应用中发现，在连接处，距离外部载荷最近的螺纹/环形牙承担的载荷总是最大，第一个螺纹/环形牙承担的载荷约占总数的28％，其后的每一圈螺纹/环形牙承担的载荷逐渐减小。前几圈螺纹/环形牙承担了大部分载荷，导致前几圈螺纹/环形牙的应力与后面的螺纹相比大很多，应力过大会导致连接的失效，从而降低连接结构的疲劳寿命。
2、在《非等距抱合螺母在注塑机中的应用》一文中提到螺母非等距的概念，设计的螺母环形齿受力依次减小，齿8受力为p,齿7为齿6为齿1为受力状态与等间距环形牙结构相比有改善，但仍不能达到应力均匀分布。
3、公开号为：cn117366078a的一种非等距螺纹连接副，非等距螺纹连接副包括内螺纹和外螺纹，内螺纹和外螺纹的其中一个为恒定螺距螺纹，另外一个为渐变螺距螺纹，内螺纹螺距大于外螺纹螺距，从内、外螺纹旋合区域的起始位置开始，内、外螺纹的螺距差随着螺纹圈数的增加逐渐增大，且螺距差增大的趋势逐渐变小。
4、基于上述技术特征，缺陷在于：分析了作用在外螺纹牙上的轴向力f(n’)跟随n’变化趋势常见的三种情况，并非全部情况，也不一定是真实的情况，另外，仅通过仿真分析验证趋势的正确性，并不一定是最优解，该结构内、外螺纹螺距差逐渐变小的方案可以改善应力分布不均的情况，但并不能达到应力均匀分布。
5、因此，通过一种能够均布载荷的渐变间距的环形牙螺母连接结构及其设计方法来解决上述问题。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种渐变间距的环形牙螺母连接结构及其设计方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括连接结构，所述连接结构包括螺母和拉杆，s1、螺母和拉杆连接并承受轴向载荷时，对应的环形牙依次接触，并均匀分配载荷；
3、s2、螺母上的环形牙大小一致，牙间距逐渐变化，拉杆上的环形牙大小一致，牙间距相等；
4、s3、螺母为分瓣结构，由两个或多个扇形的瓣片组成，瓣片可以沿螺母径向移动；
5、s4、螺母和拉杆连接处的环形牙至少有8对；
6、s5、螺母上距离轴向受力面最远处的两个牙的间距大于拉杆的牙间距，沿轴线方向，随着到轴向受力面的距离越来越近，螺母的牙间距逐渐增大，相邻牙之间距离呈等差数列设置。
7、一种渐变间距的环形牙螺母的设计方法，1、承受轴向载荷时，螺母和拉杆上多对环形牙相互接触，且载荷平均分配；
8、s2、对承受轴向载荷状态下的螺母及拉杆进行受力分析，并计算各环形牙段的内力；
9、s3、计算螺母及拉杆在卸载后各环形牙段的变形量；
10、s4、根据变形量，得出螺母任一环形牙段的设计长度；
11、s5、随着到轴向受力面的距离越来越近，螺母的齿间距逐渐增大，相邻牙之间距离呈等差数列设置。
12、优选的所述步骤s1中，所述步骤s1中，承受轴向载荷状态下螺母和拉杆各环形牙段的长度相等，均为l0。
13、优选的，所述步骤s1中，螺母上各环形牙承受的轴向力大小相等，方向相同。
14、优选的，步骤s1中，拉杆上各环形牙承受的轴向力大小相等，方向相同。
15、优选的，所述螺母和拉杆上相互接触的任一对环形牙承受的轴向力大小相等，方向相反。
16、优选的，所述螺母上任一环形牙段s上的内力为压力，大小为：
17、
18、优选的，步所述拉杆上任一环形牙段s上的内力为拉力，大小为：
19、
20、优选的，述螺母上任一环形牙段s的受力后长度缩短，变形量为：
21、
22、式中l0为承受轴向载荷状态下环形牙段s的长度，e1为螺母1材料的弹性模量，a1为螺母1在s段上的截面面积。
23、优选的，步骤s3中，所述拉杆上任一环形牙段s的受力后长度增加，变形量为：
24、
25、式中l0为承受轴向载荷状态下环形牙段s长度，e2为拉杆2材料的弹性模量，a2为拉杆2在s段上的截面面积。
26、优选的，步骤s4中，卸载后，所述螺母上任一s段的长度为：
27、
28、卸载后，所述拉杆上任一s段的长度为：
29、
30、卸载后，所述螺母和拉杆在任一s段上牙间距差值为：
31、
32、由于变形量和在数值上远小于l0，为了使螺母与拉杆上不同位置均能实现连接，将所述拉杆上环形牙的间距简化设计成固定值l0，则螺母上任一环形牙s段的间距为：
33、
34、牙间距增量为：
35、优选的，所述步骤s4中，所述螺母上各环形牙段的设计长度ls随着数值s的增加而增大，即l1<……<ls<……<ln。
36、优选的，相邻牙之间距离呈等差数列设置，
37、即：l1-l＝l2-l1＝......＝ls-ls-1＝......＝ln-ln-1；
38、牙间距增量值均在0-0.1范围内，即：0<ln-ln-1<0.1mm。
39、本发明的技术效果和优点：
40、1、本发明通过将普通螺纹连接改成环形牙结构，突破了螺纹在旋合过程中螺距必须一致的限制，将牙间距设置成渐变尺寸，进而实现在加载的过程中环形牙的顺次接触，最终实现改变环形牙分担载荷比例的目的，螺母采用分瓣结构，瓣片通过沿径向的移动，实现螺母和拉杆的连接或分离，螺母环形牙齿间距呈等差数列设置，且数值在0-0.1mm范围之内。
41、2、本发明的设计方法中，螺母和拉杆的连接结构承受轴向载荷时，最终状态是各环形牙均匀分配载荷，且间距相等，分别计算承受轴向载荷状态下螺母和拉杆上各环形牙段的内力，进一步，计算各环形牙段的变形量，最后，将变形量与各环形牙段的间距累积叠加，得到承受轴向载荷前，螺母上各环形牙在自由状态下的间距尺寸，本发明可以实现承受轴向载荷时，螺母中的各环形牙均匀分配载荷，从而降低单个环形牙承受的最大载荷及应力，有利于提高螺母结构的疲劳寿命。
42、3、本发明考虑到负载下零件的变形，尽可能减少负载零件的应力集中，使应力分布均匀，减少材料的使用要求，提高整个机构的可靠性，变间距设计可推广到其它多接触面，接触变形大，应力集中的零部件设计，改变设计尺寸使应力分布均匀，以降低最大应力值，对机械设计有重要的参考意义。
1.一种渐变间距的环形牙螺母连接结构，其特征在于：包括连接结构，所述连接结构包括螺母(1)和拉杆(2)，s1、螺母(1)和拉杆(2)连接并承受轴向载荷时，对应的环形牙依次接触，并均匀分配载荷；
2.一种渐变间距的环形牙螺母的设计方法，其特征在于：s1、承受轴向载荷时，螺母(1)和拉杆(2)上多对环形牙相互接触，且载荷平均分配；
3.根据权利要求2所述的一种渐变间距的环形牙螺母的设计方法，其特征在于：所述步骤s1中，承受轴向载荷状态下螺母(1)和拉杆(2)各环形牙段的长度相等，均为l0。
4.根据权利要求3所述的一种渐变间距的环形牙螺母的设计方法，其特征在于：所述步骤s1中，螺母(1)上各环形牙承受的轴向力大小相等，方向相同；
5.根据权利要求4所述的一种渐变间距的环形牙螺母的设计方法，其特征在于：所述螺母(1)和拉杆(2)上相互接触的任一对环形牙承受的轴向力大小相等，方向相反。
6.根据权利要求5所述的一种渐变间距的环形牙螺母的设计方法，其特征在于：所述螺母(1)上任一环形牙段s上的内力为压力，大小为：
7.根据权利要求6所述的一种渐变间距的环形牙螺母的设计方法，其特征在于：步骤s3中，所述螺母(1)上任一环形牙段s的受力后长度缩短，变形量为：
8.根据权利要求7所述的一种渐变间距的环形牙螺母的设计方法，其特征在于：步骤s4中，卸载后，所述螺母(1)上任一s段的长度为：
9.根据权利要求8所述的一种渐变间距的环形牙螺母的设计方法，其特征在于：所述步骤s4中，所述螺母(1)上各环形牙段的设计长度ls随着数值s的增加而增大，即l1<……<ls<……<ln。
10.根据权利要求9所述的一种渐变间距的环形牙螺母的设计方法，其特征在于：相邻牙之间距离呈等差数列设置，
